Opdagelsen af kabelbakterier i Aarhus Havn bliver vildere og vildere
Ny dansk forskning bringer os tættere på forståelsen af de enestående levende, elektriske kabler.

Det vakte opsigt verden over, da forskere i 2010 fandt nogle hidtil ukendte bakterier på Aarhus Havn, som kunne lede strøm. Siden da har vi fået mere viden om bakterierne - og det gør bestemt ikke opdagelsen mindre fascinerende. (Foto: Lars Kruse/AU)  

Det vakte opsigt verden over, da forskere i 2010 fandt nogle hidtil ukendte bakterier på Aarhus Havn, som kunne lede strøm. Siden da har vi fået mere viden om bakterierne - og det gør bestemt ikke opdagelsen mindre fascinerende. (Foto: Lars Kruse/AU)  

For godt et årti siden blev en banebrydende opdagelse gjort i Aarhus Havn: Den mudrede havbund gemte på bittesmå, levende elektriske kabler.

Historien gik verden rundt, og de mageløse små, elektriske væsner blev døbt kabelbakterier.

Nu bringer et nyt, dansk studie os tættere på en forståelse af kabelbakteriernes unikke levevis.

Studiet, som er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Science Advances, beskriver kort fortalt, hvordan kabelbakterierne trækker vejret nede i den mudrede havbund.

»Vores studie viser, at de har et enestående effektivt forbrug af ilt. De forbruger ilten med en intensitet, som vi stort set ikke kender indenfor noget andet felt i biologien,« siger Lars Peter Nielsen, som er professor ved Aarhus Universitet og en af forskerne bag det nye studie.

Kabelbakterier

Kabelbakterier består af en tynd tråd af celler, der står som lodrette tråde i havbund og søbund.

Cellerne er forbundet med ‘ledninger’, der kan føre strøm ligesom ledninger i dit hjem. Disse ledninger sidder som lange ribber på langs af cellerne.

Den længste kabelbakterie, Aarhus-forskerne hidtil har set, var fem centimeter og kunne ses med det blotte øje -selvom den var meget tyndere end et hårstrå.

Forskere har indtil videre identificeret to slægter af kabelbakterier, Electrothrix og Electronema, og under dem findes der henholdsvis fire salt- og brakvandsarter og to ferskvandsarter. Alle kabelbakterier falder ind under familien Desulfobulbaceae.

Kilde: CEM.au.dk

Strøm i havbunden

Oprindeligt blev kabelbakterierne opdaget, fordi forskerne kunne måle nogle uforklarlige elektriske strømme på havbunden i Aarhus Havn.

I første omgang anede de ikke, hvad der skabte de elektriske strømme, men i 2010 stod det klart for forskerne, at det var nogle hidtil ukendte bakterier.

»Kabelbakterier er helt specielle, fordi de kan lede strøm over relativt store afstande, ligesom elektriske ledninger. Samtidig er bakterierne temmelig store i sig selv; en enkelt bakterie kan være op til flere centimeter lang,« siger Lars Peter Nielsen og fortsætter:

»Man kan forestille sig en kabelbakterie som en lang tråd bestående af tusindvis af celler. Langs med cellerne løber et bundt af ledninger, som giver bakterien en enestående fordel i kampen om ilt på havbunden.«

Populært sagt gør ledningerne det simpelthen muligt for kabelbakterierne at spise ét sted og trække vejret et andet sted. 

Billedet viser et udsnit af en kabelbakterie set med elek­tron­mikroskop. Udsnittet viser i alt fire celler, og man ser tydeligt de langsgående ribber, hvor kabelbakteriernes 'ledninger' ligger indeni. (Foto: Yuri Gorby/Anne Hynes/Rensselaer Polytechnic Institute)

Findes overalt

Efter forskerne havde fundet de første kabelbakterier i Aarhus Havn, kiggede man også efter dem andre steder. Og det viste sig faktisk, at de er temmelig almindelige over det meste af kloden:

»De er blevet fundet i ferskvand - både i søer og vandløb. I havet er de fundet lige fra Arktis til troperne, og fra dybhavet til vadehavet. Man har også fundet dem i undergrunden i tilknytning til forurenet grundvand,« fortæller Lars Peter Nielsen, som stod i spidsen for forskergruppen, der oprindeligt fandt de første kabelbakterier.

»Det helt store spørgsmål er i virkeligheden, hvorfor i alverden de først blev opdaget så sent? Hvordan kunne man overse dem, når vi nu ved, hvor udbredte de er? Det handler nok om, at man ikke kan få øje på noget, som man ikke forestiller sig findes.«

Samme melding kommer fra lektor Niels-Ulrik Frigaard, som påpeger, at kabelbakterierne er en »helt utrolig fascinerende opdagelse.«

»Det er vildt at tænke på, at de har eksisteret i millioner af år og er meget udbredte, men først for relativt nyligt er blevet opdaget,« siger Niels-Ulrik Frigaard, som forsker i bakterier ved marinbiologisk sektion på Københavns Universitet.

Forskning i levende kabler

Siden opdagelsen har forskerne imidlertid haft travlt med at studere de nyfundne væsner.

Forskergrupper i Belgien, USA, Kina og Tyskland har ifølge Lars Peter Nielsen kastet sig over studier af kabelbakterier og deres unikke levevis.

I Danmark er et helt grundforskningscenter – Center for Elektromikrobiologi ved Aarhus Universitet – sågar dedikeret til forskning i kabelbakterier.

Stefano Scilipoti er netop ph.d.-studerende ved centret, og i forbindelse med det nye studie er han trukket i kitlen for at undersøge de små kræ i laboratoriet.

En eller flere kabelbakterier?

Normalt siger man, at en bakterie består af en enkelt celle.

Kabelbakterier består derimod af tusindvis af celler, som sidder sammen i en tynd tråd.

Spørgsmålet er, om man skal betragte tråden af celler, som tusindvis af selvstændige bakterier, der blot sidder sammen? Eller er der i stedet tale om en enkelt organisme, som består af tusindvis af celler - ligesom for eksempel din krop består af milliarder af celler?

Spørgsmålet bliver besvaret lidt forskelligt i litteraturen om kabelbakterier.

Professor Lars Peter Nielsen mener ikke, at man skal betragte de enkelte celler i tråden som selvstændige bakterier. Derimod betragter han de tusindvis af celler i tråden som et enkelt individ - en enkelt kabelbakterie.

Kilde: Lars Peter Nielsen.

Sådan gjorde forskerne

Under forsøget placerede Stefano Scilipoti nogle kabelbakterier i et lille fladt, gennemsigtigt kammer.

Bakterierne havde adgang til iltfrit mudder fuldt af føde i midten af kammeret, mens der strømmede ilt ind fra kanterne.

Når Stefano Scilipoti og hans kolleger kiggede i mikroskopet, kunne de se, hvordan kabelbakterien flyttede grænselaget mellem ilten og det iltfrie miljø nede i mudderet.

Netop denne observation gjorde forskerne i stand til at beregne, hvor meget ilt den enkelte kabelbakterier optog.

»Metoden er i virkeligheden ret banal, men jeg kender ingen fortilfælde, hvor man har været i stand til at sidde og måle vejrtrækningen på en enkelt bakterie,« fortæller Lars Peter Nielsen, som er leder af Center for Elektromikrobiologi.

Lektor Niels-Ulrik Frigaard fremhæver også, at Aarhus-forskernes eksperimenter er udfordrende.

»Der er ikke mange andre, som kan arbejde med kabelbakterier på samme måde, som de gør i Aarhus. Det er selvfølgelig en styrke i sig selv, men deres fund i studiet er også super interessant,« mener Niels-Ulrik Frigaard, som ikke har været involveret i det nye studie.

Ph.d.-studerende Stefano Scilipoti har stået bag laboratorieforsøgene i det nye studie. Her er han i færd med at klargøre sedimentprøver, som indeholder levende bakterier, som skal studeres. (Foto: Maria Blach Nielsen/AU)

Få celler ånder for resten

Studiet peger på, at ganske få celler i en kabelbakterie - omkring 10 procent af hele kabelbakterien - stikker ‘snuden’ op til havbundens overflade og sørger for at skaffe ilt.

Dermed gør nogle enkelte celler altså tilsyneladende et stykke arbejde, som er til gavn for størstedelen af kabelbakteriens andre celler, der befinder sig dybere nede i den iltfrie havbund.

»Det er temmelig unikt, at man ser den form for arbejdsdeling mellem celler i bakterier,« siger Niels-Ulrik Frigaard.

Mens cellerne i toppen af kabelbakterien står for at forbruge ilt, yder resten af cellerne nede i det iltfrie mudder tilsyneladende en anden indsats: De skaffer mad.

»De celler, der optager ilt, kan koncentrere sig om det, fordi resten af cellerne i kabelbakterien sørger for at optage og omsætte føden og producere nye celler.«

»Det er en helt speciel livsstil og arbejdsdeling, som kun lader sig gøre, fordi der løber kabler med elektrisk strøm mellem bakteriens mange celler,« forklarer Lars Peter Nielsen, som understreger, at det nye studie bygger på en holdindsats fra forskere på Aarhus Universitet.

En verdensrekord?

De få celler i en kabelbakterie, som optager ilt, er ifølge det nye studie meget effektive til deres arbejde.

Tager man deres beskedne størrelse i betragtning, optager de »ekstremt meget ilt,« fortæller Lars Peter Nielsen. Faktisk kender han intet andet levende væsen - fra mennesker til bakterier - som forbruger ilt lige så effektivt som kabelbakterierne.

Alligevel er han forsigtig med at udnævne kabelbakterierne til verdensmestre, fordi der er flere usikkerheder, når man sammenligner iltforbruget på tværs af organismer.

»Jeg tror, at kabelbakterierne har en verdensrekord, for sådan ser det ud, når vi sammenligner med andre organismer. Men der er flere usikkerheder i sammenligningen, så jeg vil hellere bare sige, at kabelbakterierne har et helt enestående effektivt forbrug af ilt,« lyder det fra Lars Peter Nielsen.

Smukt ikke? Der er tale om et mikroskopibillede af et sediment med aktive kabelbakterier. En del af sedimentet er udskiftet med lidt blød agar, så det er muligt at kigge igennem prøven og se 'trådene' fra kabelbakterier. (Foto: Steffen Larsen/Lars Riis Damgaard)

Arbejdsdeling

Det nye studie indikerer, at omkring 10 procent af en kabelbakteries celler står for at forbruge ilt. Det sker i det øverste lag af sedimentet (havbunden/søbunden), hvor der findes en tynd film med ilt

Resten af kabelbakteriens celler lever dybere nede i det iltfrie sediment, hvor de sørger for at optage og omsætte føden og producere nye celler.

Når cellerne nede i bunden omsætter føde, danner de elektroner (elektrisk ladede partikler).

Disse elektroner bliver sendt gennem kabelbakteriens ledninger op til de øverste cellerne, som forbruger ilt.

Elektronerne bliver til sidst deponeret på ilt og restproduktet bliver til vand. (Når ilt optager en elektron, følger en proton med og omdanner ilt til vand.)

Kilde: Lars Peter Nielsen/AU

En kamp om ilt

Et effektivt forbrug af ilt er i høj grad en egenskab, som er brugbar på bunden af søer, vandløb og havet.

Her er der nemlig kamp om ilten, som er en knap ressource, der helt forsvinder, så snart man bevæger sig lidt ned i sedimentet.

»De organismer, som lever dernede har et særligt dilemma. For på den ene side er der masser af mad omkring dem nede i havbunden, men på den anden side er der ikke noget ilt. Det har mange organismer udviklet forskellige løsninger på, men kabelbakteriernes løsning er alligevel temmelig enestående,« uddyber Lars Peter Nielsen.

Han tilføjer, at kabelbakterierne formentlig har udviklet sig fra oprindeligt at have levet i områder helt uden ilt. Den slags bakterier, som lever fuldstændig uden ilt, kalder man anaerobe bakterier, og for dem er ilt faktisk giftigt.

»Men med tiden har kabelbakterierne fået udviklet deres elektriske ledninger, som giver dem en kæmpe fordel. Frem for at alle celler skal udsættes for den giftige ilt, kan de nøjes med at sende nogle enkelte celler op i ilt-laget og forbinde dem med resten af cellerne via de elektriske ledninger.«

»Så de udnytter fordelene ved at kunne ånde med ilt, uden at det går ud over særlig mange celler,« siger ph.d.-studerende Stefano Scilipoti fra Center for Elektromikrobiologi ved Aarhus Universitet og førsteforfatter på det nye studie.

Eller som Niels-Ulrik Frigaard formulerer det, »ser det simpelthen ud til, at nogle få celler ‘ofrer sig’ for de andre celler ved at håndtere arbejdet med den giftige ilt.«

Hvorfor studere kabelbakterier?

Kabelbakteriernes transport af strøm i havbunden har ifølge Lars Peter NIelsen også betydning for andre bakterier og dyr, som lever i området.

»Når de transporterer strøm rundt, ændrer de den kemiske sammensætning i havbunden. Det påvirker også livsbetingelserne for alle de andre organismer, som lever dernede,« forklarer Lars Peter Nielsen.

Indtil videre er der ingen, som har formået at udnytte kabelbakteriernes unikke evner til nye opfindelser, men flere forskere ser potentiale i de strømførende bakterier.

»Hvis du spørger, hvad den slags forskning kan bruges til, handler det selvfølgelig om at blive bedre til at forstå, hvordan stoffer generelt omsættes i naturen. Men måske kan vi også en dag udnytte kabelbakteriernes evner til at lede strøm til noget fornuftigt? Det kræver, at vi har nysgerrigheden i behold og bliver ved med at undersøge dem,« vurderer Niels-Ulrik Frigaard.

Et forskningsprojekt på Aarhus Universitet har allerede fået støtte af Innovationsfonden til at undersøge, om kabelbakteriers elektriske signaler måske kan udnyttes til at kortlægge jordforurening på en billig og mere miljøvenlig måde. 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om det anderledes Danmarkskort og flere tal om arealet her.